結(jié)構(gòu)光編碼的方法

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1、念糸滇種范大學(xué)學(xué)年企丈題目結(jié)構(gòu)光編碼方法研究學(xué)生席穎微指導(dǎo)教師陳彥軍教授年級(jí)2009級(jí)專業(yè)信息與計(jì)算科學(xué)系別數(shù)學(xué)系學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院冷糸誒師范大學(xué)2011年11月26結(jié)構(gòu)光編碼方法研究摘摘要：結(jié)構(gòu)光編碼作為；一種三維重建和主動(dòng)測(cè)量手段，在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。在不同的領(lǐng)域中都都發(fā)揮著重要的作用。編碼方法是準(zhǔn)確獲取獲取在結(jié)構(gòu)光三維系統(tǒng)中三維場(chǎng)景信息的關(guān)鍵。本文介紹了幾種應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)光編碼方法，并對(duì)其做了精確地研究，對(duì)。通過(guò)分類研究，對(duì)結(jié)構(gòu)光編碼方法的研究有了更深一步的總結(jié)。關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)光，編碼方法，格雷碼，時(shí)間編碼法。結(jié)構(gòu)光法結(jié)構(gòu)光法是一種主動(dòng)

2、式三角測(cè)量技術(shù)，其基本原理是：由激光投射器可控制的光點(diǎn)式、光條式或光面式結(jié)構(gòu)光到物體表面形成光點(diǎn)，光點(diǎn)再經(jīng)成像系統(tǒng)，并由CCD或PSD接收，得到光點(diǎn)的像點(diǎn)。我們可以根據(jù)標(biāo)定出得空間方向，位置參數(shù)，利用三角法測(cè)量原理計(jì)算出光點(diǎn)與其像點(diǎn)之間的位置關(guān)系。圖一是結(jié)構(gòu)光三角法原理示意圖。細(xì)光束沿投影光軸投射到物體面上，在另一個(gè)方向上，光點(diǎn)的像被CCD或PSD等光敏單元器件接收。若光點(diǎn)在成像面上的位移為xc,被測(cè)面x的位移為激光器rn光電探測(cè)器_axcsinHXbshH+xcsin(H+H)式屮，a為激光束光軸和接收光軸的交點(diǎn)到接收透鏡前主而的距離；b為接收透鏡后主而到成

3、像面中心點(diǎn)的距離；Hl為激光束光軸與接收透鏡光軸之間的夾角；H2為探測(cè)器與接收透鏡光軸之間的夾角。它一般包含光點(diǎn)式結(jié)構(gòu)光法、光條式結(jié)構(gòu)光法、光面式結(jié)構(gòu)光法。二、相位移法相位法是三維輪廓測(cè)量中的熱點(diǎn)之?一，其測(cè)量原理是光柵圖樣投射到被測(cè)物體表面（3],相位和振幅受到物高度的調(diào)制使柵像發(fā)生變形，通過(guò)解調(diào)可以得到包含高度信息的相位變化，最后根據(jù)三角法原理完成相位2高度的轉(zhuǎn)換。圖2是相位測(cè)量法的典型光路圖投影儀它包含莫爾輪廓法、移相法和變換法等。三、時(shí)間編碼時(shí)間編碼法使用較少種類的色彩或者較少級(jí)別的灰度值編碼投射圖案，為了使編碼單元的數(shù)量變小，在測(cè)量中可以投射多幅寬度

4、不同的垂直條紋，采用簡(jiǎn)肀的系列數(shù)據(jù)容易IX分彼此；連續(xù)投射在物體表妞的編碼圖案具有粗定位模式，像素值編碼更準(zhǔn)確容易，以上兩點(diǎn)使得編碼方法有較高的測(cè)量精度。另外由于編碼法能夠較準(zhǔn)確的區(qū)分不同的灰度級(jí)別或者色彩：而且每個(gè)點(diǎn)的位置能夠精確的用編碼表示，編碼法在三維掃描屮具有較尚的掃描精度,較大的掃描密度。目前時(shí)間多路編碼策略主要分為以下三種：（1）二灰度級(jí)編碼方法；（2）多灰度級(jí)編碼方法；（3）組合編碼方法。3.1二灰度級(jí)編碼二灰度級(jí)編碼主要有普通二值碼和格雷碼。對(duì)投射圖案上的垂直條紋二灰度級(jí)編碼用黑白兩種色彩來(lái)進(jìn)行編碼。1981年，Altschuler和Posda

5、mer官次提出了這種方法。對(duì)于要投影的條紋圖案，1來(lái)表示白色條紋，川0來(lái)表示黑色條紋，如果有m幅圖案依次投影，用m位0和1組成的二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示每條條紋，這樣就可以對(duì)2m條條紋使用簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行編碼。二進(jìn)制編碼法的缺點(diǎn)在于需要投射許多幅圖案，如果增加圖案的灰度伉來(lái)編碼，編碼圖案會(huì)減少但增加解碼難度，且灰度二值碼任意兩相鄰碼值之間可能有多位不同且各位權(quán)重不同，導(dǎo)致解碼時(shí)，任意圖像采樣點(diǎn)在各幅編碼圖像中可能有多次處于條紋邊緣，因此其碼值可能多位被誤判，且若誤判存在于高位則引起的解碼誤差大。3.2格雷碼早在1880年法國(guó)工程師Jean-Mauricc-Emlle

6、Baudot就對(duì)灰度二值編碼進(jìn)行改良，發(fā)明出格雷碼（GrayCode）,1953年因?yàn)镕rankGray申請(qǐng)專利而得名，格雷碼S初是用來(lái)處理最小化模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，隨著科技的發(fā)展，如今格雷碼越來(lái)越多的應(yīng)用在通信及工業(yè)自動(dòng)化等許多方面。格雷碼是一種可靠性的編碼方式，采用絕對(duì)編碼方式可以把解碼錯(cuò)誤最小化。在數(shù)字系統(tǒng)中格雷碼只能識(shí)別0和1，各種數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼才能處理，具有反射特性和循環(huán)特性的單步自補(bǔ)性，它的循環(huán)、單步特性消除了隨機(jī)取數(shù)時(shí)出現(xiàn)重大誤差的可能，它的反射、自補(bǔ)特性使得求反非常方便。保證只有一位解碼錯(cuò)誤時(shí)，僅產(chǎn)生一個(gè)碼位寬度的偏移。3.2

7、.1自然二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格雷碼自然二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格雷碼，其法則是保留自然二進(jìn)制碼的最高位作為格雷碼的最高位，而次高位格雷碼為二進(jìn)制碼的高位與次高位相異或，而格雷碼其余各位與次高位的求法相類似。3.2.2二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼，其法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進(jìn)制碼的最高位，而次高位自然二進(jìn)制碼為高位自然二進(jìn)制碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進(jìn)制碼的其余各位與次高位自然二進(jìn)制碼的求法相類似。四格雷碼法結(jié)合相移或線移同樣格雷碼法也存在著一定的缺點(diǎn)，格雷碼法只能對(duì)投射角掃描空間進(jìn)行離散劃分，并采用劃分投射角中最小的

8、投射角區(qū)域中線作為所有采樣點(diǎn)的投射角，